基本介紹
- 中文名：磁氣圈
- 別稱：磁層
- 釋義：地球的磁場區域
- 作用：相當於地球磁場的保護層
發現過程,主要作用,研究分析,特性分析,最新研究,
發現過程
天文學家們探測到太陽系外恆星周圍存在著磁氣圈，據最新一期《自然》雜誌報導，發現磁氣圈早在32億年前就已存在，比科學家此前認為的早5億年。
由約翰·塔杜諾領導的這個研究小組通過磁化石對早期磁氣圈進行了研究。塔杜諾說：“當一塊火石冷卻時，包含在其內部的磁礦石會記錄地球磁場的方向和強度，並將其封閉住。”
主要作用
起到保護地球生物的作用，它可以阻擋來自太陽的帶電粒子流，有效地阻擋著太陽風的侵襲，可避免帶電粒子流將能量傳輸至大氣層中的氣體分子，從而使氣體分子無法逃離地球的重力牽引。
磁氣圈強到足以保護地球免遭太陽風暴的毀滅性破壞。這一研究成果對準確推算地球生命的歷史非常有幫助。
2009年5月，瑞典基律納市瑞典太空物理研究中心的斯塔斯－芭拉芭什（歐洲宇航局金星探測計畫的首席調查員）稱，在極地區域，地球磁氣圈可能更加促進大氣層中氣體的流失。
研究分析
關於發現包圍地球的新磁氣圈的研究
美國范德堡大學戴爾天文台的科學家查爾斯-查貝爾教授在最新一期出版的《地球物理學研究》雜誌上詳細公布了他關於地磁圈的發現。
他通過對比分析5顆人造衛星獲得的數據，最終發現了這一新的地球磁氣圈，這一新發現的區域其實就是地球磁氣圈的一個組成部分。地球南北兩極的極光不過是磁氣圈僅有的兩個可見部分，雖然磁氣圈並不可見，但它卻是地球宇宙環境的關鍵部分。查貝爾教授介紹說，“雖然它不可見，但磁氣圈卻與我們的日常生活有著極大的干係。比如，當太陽風侵襲地球磁氣圈時，會引起電力中斷、干擾電磁波發射、影響GPS信號等問題。磁氣圈中的帶電粒子甚至還可能會損害衛星上的電子部件、影響大氣溫度以及大氣層上層運動等。”
他利用“自然加電循環”方式加速地球磁氣圈中的低能離子，一直到它們具備了磁氣圈中不同區域的高能離子的特徵。通過這種方式，科學家發現了這一新區域的存在。這一溫暖的離子區是一片狹長的區域，始於地球的夜光面，覆蓋於日光面，但在下午的一側又慢慢開始減弱。因此，它大概只環繞了地球四分之三的外圍。該區域由低能帶電粒子組成，這些粒子在地球磁極上空進入太空，隨後又由於地球磁場原因以180度大轉變重新加速返回地球磁場。
科學家們根據地磁圈的發現進一步研究，而天文學家們新發現的太陽系外有行星的恆星數量在不斷增長，已經證實的約有200個，它們當中在部分看上去都與木星非常相似，科學家們因此將它們稱為“熱木星”，對這些恆星的探測工作仍然在進行當中。
但是這些恆星究竟有什麼樣的特性，其行星系統是如何形成的，為什麼它們周圍的行星質量都非常大，與恆星之間的軌道距離都很小，這一切對我們來說都還是一個謎。天文學家們猜測要回答這些問題的話，恆星周圍的磁氣圈可能會發揮重要的作用。
關於地球磁氣圈是“汪洋大盜” 偷走大氣層氣體的研究
芭拉芭什認為金星從未有過磁氣圈，而火星的磁氣圈在35億年前出現了明顯損傷。考慮到地球、火星和金星這3顆行星的不同質量、大氣層構成成分和它們與太陽的距離，芭拉芭什分別計算出了這3顆行星失去氧離子的速率。他聚焦於氧離子是由於它們是這3顆行星電離層中存在數量最多的離子，同時，他發現地球損失氧離子的速率要比其他2顆行星快三倍。
芭拉芭什指出，行星的磁氣圈要遠大於該行星所在的大氣層，這意味著帶有磁場的行星將從太陽風中吸引更多的能量，這些額外能量將呈現漏斗狀朝向地球磁極，因此在地球極地上空電離層的分子能夠加速逃逸。目前，他將這項研究報告發表在5月份荷蘭諾德韋克市召開的行星學對比研究國際會議上。
歐洲宇航局恆星簇計畫中顯示地球極地每年逃逸的離子數量是其他太陽行星的兩倍。當我們承受於低太陽活動狀態下，強烈的太陽風對於年輕的地球和火星形成早期大氣層扮演著重要角色。芭拉芭什計算顯示，受磁氣圈影響，地球大氣層每年損失6萬噸氣體，而對比地球大氣層數千萬億噸的氣體總重量，這一損失量並不會對大氣層構成損害。
特性分析
科學家們曾對地球形成早期的“孩童時期”進行了研究，並記錄下了保護地球免遭太陽風暴破壞的地球磁場的最早數據。這一研究有助於更準確地推算地球生命起源的時間。地球磁場變化的歷史對科學家了解地球內部的深層變化以及大氣演變、陸地生命的早期進化起到關鍵作用。但科學家截至2007年很難確定地球磁場的形成時間。美國羅徹斯特大學的地球物理學家對最早期地球磁場進行了直接測量，發現磁氣圈早在32億年前，在繞地球運行的28天中，其中有7天的時間月球的某些部分也受到地球磁氣圈的保護。
美國華盛頓大學地球與空間科學助理研究教授埃莉卡-哈娜特說，“我們發現，月球有一部分區域會完全處於磁氣圈的保護之下，而其它的地方不受保護。”太陽暴中產生的高能太陽粒子攜帶足夠的能量導致地面通信中斷甚至摧毀環地球軌道上的衛星。在太陽暴中，來自地球電離層的粒子，主要是氧，也變得相當活躍。儘管它們不如高能太陽粒子那么活躍，但它們依然對在月球上工作或去往火星的太空人構成極大威脅。利用計算機模擬磁氣圈的特性，哈娜特發現，雖然太陽暴可能增加來自撞擊月球的電離層粒子的危險，但它們也可能引起磁氣圈中使無數危險的太陽粒子轉向的情形。
最新研究
木星極光是在木衛三的磁氣圈產生的引力影響下形成的。
木星最大的衛星----木衛三也是它擁有的唯一一顆有強磁場的衛星。截至2009年，現科學家利用哈勃太空望遠鏡獲得的數千張圖片，發現在木星極區看到的非常壯觀的極光，是在木衛三的磁氣圈產生的引力影響下形成的。
木衛三和非常活躍的木衛一在圍繞木星運行時，會與這顆行星的電漿相互作用，在木星極區產生明亮的斑點，這些亮斑被稱作“極光足印(auroral footprints)”。然而，直到現在也沒有人知道木衛三的足跡到底有多大，以及為什麼木衛三會導致木星極區產生美麗壯觀的極光。
研究人員通過分析哈勃太空望遠鏡拍攝的圖片，測量出木衛三腳印的確切大小，他們認為這些斑點的面積太大，根本不是衛星在這顆行星上的投影，而且它的直徑跟木衛三的保護性磁場的直徑非常相符。科學家還測量了木衛一極光足印的大小及形狀，這是由木衛一上活躍的火山噴發出來的帶電粒子造成的。
比利時列日大學(University of Liege)的天體物理學家丹尼斯·格倫頓特(Denis Grodent)說：“這些極光結構中的每一個都在告訴我們一個正在進行中的故事——在遙遠的木星上正進行著大規模能量傳輸。通過分析這些極光的確切位置，以及木衛一和木衛三圍繞木星運行時，它們的形狀及亮度發生的改變，我們已經製作出迄今為止最為詳細的模擬圖，模仿木星與這些衛星之間的電磁作用。”格倫頓特2009年，在德國舉行的歐洲行星科學大會上詳細介紹了這項研究結果。
格倫頓特和他的科研組除了把木衛三的極光足印與它的磁場結合在一起外，還意外在這顆衛星極光的亮度方面發現周期性變化，這些變化發生在三個不同時刻。研究人員認為，每次變化都反映了木星的電漿與木衛三的磁場之間發生了相互作用，但是至今他們也不清楚是什麼引起這種相互作用的。
